化工流程题.docx
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化工流程题
化学工艺流程题
1．在普通的纤维面料中加入一层“纳米TiO2”可生产自洁面料。
工业上用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，含Fe2O3、FeO、SiO2等杂质）制取纳米级TiO2的简要流程如下：
（1）上述流程中分离出残渣的操作名称是________。
（2）试剂b的化学式是______，加入过量该试剂的目的是__________________。
（3）③中加热的目的是______________________（用化学用语结合必要的文字进行说明）。
（4）如下图所示，以熔融CaO为电解液，电解TiO2可获得Ti，电解时阳极的电极反应式是________________________________________________________________。
（5）已知：
25℃、101kPa时，C（s）＋O2（g）===CO2（g） ΔH1＝－393.5kJ/mol
2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g） ΔH2＝－566kJ/mol
TiO2（s）＋2Cl2（g）===TiCl4（l）＋O2（g）ΔH3＝＋140kJ/mol
则TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s）===TiCl4（l）＋2CO（g）的ΔH＝____________。
2．（2015·大连二模）氯化亚铜（CuCl）常用作有机合成工业中的催化剂，在空气中迅速被氧化成绿色；见光则分解，变成褐色。
下图是工业上用制作印刷电路的废液（含Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋、Cl－）生产CuCl的流程：
根据以上信息回答下列问题：
（1）写出生产过程中X________Y________（填化学式）。
（2）写出产生CuCl的化学方程式_____________________________________________。
（3）在CuCl的生成过程中理论上不需要补充SO2气体，结合化学方程式和必要的文字说明理由_______________________________________________________________________。
（4）在CuCl的生成过程中除环境问题、安全问题外，你认为还应该注意的关键问题是_______________________________________________________________________。
（5）实验探究pH对CuCl产率的影响如下表所示：
pH
1
2
3
4
5
6
7
CuCl产率
70
90
82
78
75
72
70
析出CuCl晶体最佳pH为________，当pH较大时CuCl产率变低原因是________________________________________________________________________。
（6）氯化亚铜的定量分析：
①称取样品0.25g和10mL过量的FeCl3溶液250mL于锥形瓶中，充分溶解。
②用0.10mol·L－1硫酸铈[Ce（SO4）2]标准溶液滴定。
已知：
CuCl＋FeCl3===CuCl2＋FeCl2、Fe2＋＋Ce4＋===Fe3＋＋Ce3＋。
三次平行实验结果如下（平行实验结果相差不能超过1%）：
平行实验次数
1
2
3
0.25g样品消耗硫酸铈标准溶液的体积（mL）
24.35
24.05
23.95
则样品中CuCl的纯度为__________（结果保留三位有效数字）。
3．（2015·丹东模拟）某研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO2，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物）作脱硫剂，通过如下简化流程脱除燃煤尾气中的SO2，同时制得电池材料MnO2（反应条件已省略）。
请回答下列问题：
（1）上述流程中多次涉及到过滤操作，实验进行过滤操作时需要用到的硅酸盐仪器有玻璃棒、________、________；其中玻璃棒的作用是____________。
（2）用MnCO3能除去溶液中的Al3＋和Fe3＋，其原理是________________。
（3）已知Ksp（CuS）＝8.4×10－45，Ksp（NiS）＝1.4×10－24；在除铜镍的过程中，当Ni2＋恰好完全沉淀（此时溶液中c（Ni2＋）＝1.0×10－5mol/L），溶液中Cu2＋的浓度是____________mol/L。
（4）工业采用电解K2MnO4水溶液的方法来生产KMnO4，其中惰性电极作阳极，铁作阴极，请写出阳极的电极反应式____________________________________________________。
（5）下列各组试剂中，能准确测定一定体积燃煤尾气中SO2含量的是________（填编号）。
a．NaOH溶液、酚酞试液b．稀H2SO4酸化的KMnO4溶液c．碘水、淀粉溶液d．氨水、酚酞试液
（6）除杂后得到的MnSO4溶液可以通过________制得硫酸锰晶体。
（MnSO4·H2O，相对分子质量为169）
a．过滤B．蒸发浓缩 c．冷却结晶 d．灼烧 e．干燥
（7）已知废气中SO2浓度为8.4g/m3，软锰矿浆对SO2的吸收率可以达90%，则处理1000m3烧煤尾气，可得硫酸锰晶体质量为________kg（结果保留3位有效数字）。
4．（2015·梅州二模）某研究小组经查阅资料得知：
2FeSO4
Fe2O3＋SO3↑＋SO2↑；FeSO4
FeO＋SO3↑，SO3的熔点是16.8℃，沸点是44.8℃。
Ⅰ.该小组探究在酒精喷灯加热条件下FeSO4分解的气体产物，实验装置如图所示。
（1）装置Ⅱ的试管中不装任何试剂，其作用是________________，试管浸泡在50℃的水浴中，目的是__________________________________________________________________。
（2）装置Ⅲ和装置Ⅳ的作用是探究本实验气体产物成分。
请完成实验设计，填写检验试剂、预期现象与结论。
限选试剂：
3mol·L－1H2SO4溶液、6mol·L－1NaOH溶液、0.5mol·L－1BaCl2溶液、0.5mol·L－1Ba（NO3）2溶液、0.01mol·L－1酸性KMnO4溶液、0.01mol·L－1溴水。
检验试剂
预期现象和结论
装置Ⅲ的试管中加入______________
产生大量白色沉淀，证明气体产物中含有SO3
装置Ⅳ的试管中加入________________
________________________________________________________
Ⅱ.FeSO4固体往往含有Fe2（SO4）3杂质，该研究小组采用称重法确定固体中铁元素的质量分数，操作流程为：
请根据流程回答：
（1）操作Ⅱ中必须用到的仪器是________。
A．25mL酸式滴定管B．50mL量筒
C．25mL量筒D．25mL碱式滴定管
（2）系列操作名称依次为________、________、________。
（3）若最终测得红棕色固体质量为3.2g，则样品中铁元素的质量分数为________。
5．2015天津（18分）废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石中的几十倍。
湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。
某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：
回答下列问题：
（1）反应Ⅰ是将Cu转化为Cu（NH3）42+，反应中H2O2的作用是。
写出操作①的名称：
。
（2）反应Ⅱ是铜氨溶液中的Cu（NH3）42+与有机物RH反应，写出该反应的离子方程式：
。
操作②用到的主要仪器名称为，其目的是（填序号）。
a．富集铜元素b．使铜元素与水溶液中的物质分离
c．增加Cu2＋在水中的溶解度
（3）反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和。
若操作③使用右图装置，图中存在的错误是。
（4）操作④以石墨作电极电解CuSO4溶液。
阴极析出铜，阳极产物是。
操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是。
（5）流程中有三次实现了试剂的循环使用，已用虚线标出两处，第三处的试剂是。
循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是。
6.（2015山东）毒重石的主要成分BaCO3（含Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质），实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下:
（1）毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是。
实验室用37%的盐酸配置15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的。
a.烧杯b.容量瓶c.玻璃棒d.滴定管
（2）
加入NH3·H2O调节pH=8可除去（填离子符号），滤渣Ⅱ中含（填化学式）。
加入H2C2O4时应避免过量，原因是。
已知：
Ksp（BaC2O4）=1.6×10-7，Ksp（CaC2O4）=2.3×10-9
（3）利用简洁酸碱滴定法可测定Ba2+的含量，实验分两步进行。
已知：
2CrO42—+2H+=Cr2O72—+H20Ba2++CrO42—=BaCrO4↓
步骤Ⅰ移取xml一定浓度的Na2CrO4溶液与锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用bmol·L－1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸体积为V0mL。
步骤Ⅱ：
移取ymLBaCl2溶液于锥形瓶中，加入xmL与步骤Ⅰ相同浓度的Na2CrO4溶液，待Ba2+完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用bmol·L－1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V1mL。
滴加盐酸标准液时应用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的（填“上方”或“下方”）。
BaCl2溶液的浓度为mol·L－1，若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测液溅出，Ba2+浓度测量值将（填“偏大”或“偏小”）。
7.（2015·山东青岛质检）工厂中用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中，除了含有大量硫酸外，还含有少量NH
、Fe3＋、AsO
、Cl－。
为除去杂质离子，部分操作流程如下：
请回答问题：
（1）用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中，硫酸的浓度为4.9g·L－1，则该溶液的pH约为________。
（2）NH
在用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中以（NH4）2SO4和NH4Cl形式存在。
现有一份（NH4）2SO4溶液，一份NH4Cl溶液，（NH4）2SO4溶液中c（NH
）恰好是NH4Cl溶液中c（NH
）的2倍，则c[（NH4）2SO4]________c（NH4Cl）（填“＜”、“＝”或“＞”）。
（3）随着向废液中投入生石灰（忽略溶液温度的变化），溶液中
______（填“增大”“减小”或“不变”）。
（4）投入生石灰调节pH到2～3时，大量沉淀主要成分为CaSO4·2H2O[含有少量Fe（OH）3]，提纯CaSO4·2H2O的主要操作步骤：
向沉淀中加入过量________，充分反应后，过滤、洗涤、________。
（5）25℃，H3AsO4的电离常数K1＝5.6×10－3，K2＝1.7×10－7，K3＝4.0×10－12。
当溶液中pH调节到8～9时，沉淀主要成分为Ca3（AsO4）2。
①pH调节到8左右Ca3（AsO4）2才开始沉淀的原因是_________________。
②Na3AsO4第一步水解的平衡常数数值为___________。
③已知：
AsO
＋2I－＋2H＋===AsO
＋I2＋H2O，SO2＋I2＋2H2O===SO
＋2I－＋4H＋。
上述两个反应中还原性最强的微粒是________。
8.（2013·新课标全国卷Ⅰ）锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。
某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。
充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C＋xLi＋＋xe－===LixC6。
现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源。
回答下列问题：
（1）LiCoO2中，Co元素的化合价为________。
（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式_____。
（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式____________________________；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是________。
（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式_________
（5）充放电过程中，发生LiCoO2和Li1－xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式_____________________________。
（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是__________________________________。
在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有__________________（填化学式）。
8.解析】
（1）因锂在化合物中通常为＋1价，故LiCoO2中Co为＋3价。
（2）由碱浸后经一系列处理可得到Al（OH）3及正极材料中含有铝箔知，碱浸时单质铝与NaOH溶液反应，由此可写出对应的离子方程式。
（3）由流程图知，钴元素最后变成＋2价，故酸浸时发生的是LiCoO2氧化H2O2的反应：
LiCoO2＋H2SO4＋H2O2―→Li2SO4＋CoSO4＋H2O＋O2↑，配平即可。
另外还存在H2O2受热分解生成水与O2的反应。
用盐酸代替硫酸与H2O2的混合液时，会得到有毒的氧化产物Cl2，造成环境污染。
（4）由流程图知，加入NH4HCO3后硫酸钴转化为碳酸钴，HCO
在转化为CoCO3的过程中，电离出的H＋会与另外一部分HCO
作用生成CO2与水，NH
、SO
结合为（NH4）2SO4，由此可写出对应的化学方程式。
（5）由充电时阴极（题目中锂离子电池的负极）的电极反应式知，放电时LixC6是反应物、Li＋是生成物，锂的价态升高，故另一反应物中钴的价态降低，由此知该反应物是Li1－xCoO2，相应的反应方程式为LixC6＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋6C。
（6）放电时，负极上的锂失去电子变成Li＋，进入溶液后再向正极移动并进入正极材料中，相当于在正极上富集了锂。
由流程图知，能回收的金属化合物有三种。
1．解析：
钛铁矿主要成分为FeTiO3，含Fe2O3、FeO、SiO2等杂质，由于SiO2与酸不反应，可先加入稀硫酸，充分反应后过滤，然后在滤液中加入过量铁粉，过滤后将滤液进行结晶操作，分离可得到绿矾，将含有TiO2＋的溶液进行加热，促进TiO2＋的水解生成H2TiO3，焙烧可生成TiO2，
（1）可用过滤的方法从溶液中分离出残渣，故答案为：
过滤；
（2）溶液中含有Fe3＋，加入b生成绿矾，说明b具有还原性，注意不能引入新杂质，可用铁粉；（3）TiO2＋的水解生成H2TiO3，发生TiO2＋＋2H2OH2TiO3＋2H＋，加热有利于水解；（4）阳极生成二氧化碳气体，O2－被氧化，电极方程式为C＋2O2－－4e－===CO2↑或2O2－－4e－===O2↑；
（5）已知①C（s）＋O2（g）===CO2（g）ΔH＝－393.5kJ·mol－1
②2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）ΔH＝－566kJ·mol－1
③TiO2（s）＋2Cl2（g）===TiCl4（s）＋O2（g）ΔH＝＋140kJ·mol－1
TiO2和焦炭、氯气反应生成TiCl4和CO气体的化学方程式为：
2C＋TiO2＋2Cl2===TiCl4＋2CO，由盖斯定律可知2×①－②＋③得到2C＋TiO2＋2Cl2===TiCl4＋2CO，其ΔH＝2×（－393.5kJ·mol－1）＋566kJ·mol－1＋140kJ·mol－1＝－81kJ·mol－1。
答案：
（1）过滤
（2）Fe 将Fe3＋完全还原为Fe2＋
（3）TiO2＋＋2H2OH2TiO3＋2H＋，加热可促进该反应正向进行
（4）C＋2O2－－4e－===CO2↑或2O2－－4e－===O2↑
（5）－81kJ·mol－1
2．（2015·大连二模）解析：
（1）废液中含有Fe3＋、Cu2＋，应加入Fe除去，过量的Fe用稀盐酸除去，所以试剂X、Y分别是Fe、稀盐酸；
（2）由流程图可知，CuCl晶体的制备过程中，反应物为SO2、CuSO4、CuCl2，生成物为H2SO4、CuCl，由化合价升降守恒及原子守恒，可得反应方程式为CuCl2＋CuSO4＋SO2＋2H2O===2CuCl↓＋2H2SO4；（3）由反应方程式Cu＋2H2SO4（浓）
CuSO4＋SO2↑＋2H2O可知，Cu与浓硫酸反应的过程中有SO2生成，且生成的CuSO4和SO2为1∶1，生产CuCl的过程中消耗CuSO4和SO2也为1∶1，所以理论上不需要补充SO2气体；（4）因CuCl在空气中迅速被氧化成绿色且见光分解，变成褐色，故生产中应注意防止CuCl的氧化和见光分解；（5）由表中数据可知，pH＝2时，CuCl产率最高；pH较大时，Cu2＋水解程度增大，导致反应生成CuCl减少；（6）滴定0.25g样品消耗硫酸铈标准溶液的平均体积是24.00mL，所以CuCl的纯度为24.00×10－3L×0.1mol·L－1×99.5g·mol－1/0.25g×100%＝95.5%。
答案：
（1）Fe、稀盐酸
（2）CuCl2＋CuSO4＋SO2＋2H2O===2CuCl↓＋2H2SO4
（3）Cu＋2H2SO4（浓）△,CuSO4＋SO2↑＋2H2O反应中生成的CuSO4和SO2为1∶1，所以理论上不需要补充SO2气体
（4）生产中应防止CuCl的氧化和见光分解
（5）2 pH较大时，Cu2＋水解程度增大，反应生成CuCl减少
（6）0.955（或者95.5%）
3．（2015·丹东解析：
二氧化硫能与二氧化锰反应生成硫酸锰，用MnCO3能除去溶液中Al3＋和Fe3＋，MnS将铜、镍离子还原为单质，高锰酸钾能与硫酸锰反应生成二氧化锰，通过过滤获得二氧化锰。
（1）过滤操作时需要用到的硅酸盐仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗，玻璃棒起引流作用，防止液体溅出；
（2）由于碳酸锰能消耗溶液中的酸，降低溶液的酸性，从而促进Al3＋和Fe3＋水解生成氢氧化物沉淀；（3）当Ni2＋恰好完全沉淀（此时溶液中c（Ni2＋）＝1.0×10－5mol/L），c（S2－）＝
mol/L＝1.4×10－19mol/L，由Ksp（CuS）＝c（Cu2＋）×c（S2－），可知溶液中Cu2＋的浓度为
mol/L＝6.0×10－26mol/L；（4）隋性电极作阳极，铁作阴极，阳极上发生氧化反应，阳极上是MnO
失去电子生成MnO
，阳极的电极反应式为：
MnO
－e－===MnO
；（5）a.用NaOH溶液、酚酞试液吸收二氧化硫，反应生成亚硫酸钠，亚硫酸钠溶液呈碱性，溶液颜色变化不明显，故a错误；b.用稀H2SO4酸化的KMnO4溶液吸收二氧化硫，溶液有紫色变为无色，反应完全，可准确测定气体的含量，故b正确；c.用碘水、淀粉溶液吸收二氧化硫，溶液有蓝色变为无色，反应完全，可准确测定气体的含量，故c正确；d.氨水本身易挥发，不宜进行定量测定，且终点判断误差较大，故d错误，故选：
bc；（6）除杂后得到的MnSO4溶液可以通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得硫酸锰晶体；（7）由硫原子守恒，被吸收的SO2的物质的量等于硫酸锰晶体的物质的量，则硫酸锰晶体的质量为
×169g/mol≈2×104g＝20.0kg。
答案：
（1）烧杯 漏斗 引流，防止液体溅出
（2）消耗溶液中的酸，促进Al3＋和Fe3＋水解生成氢氧化物沉淀
（3）6.0×10－26 （4）MnO
－e－===MnO
（5）bc （6）bca （7）20.0
4．（2015·梅州解析：
Ⅰ.
（1）Ⅰ中产生的气体极易和溶液反应时，会产生倒吸，所以装置Ⅱ的试管能防止溶液倒吸入装置Ⅰ中（或安全瓶）；SO3的沸点是44.8°C，当温度高于44.8°C时SO3为气体状态，把试管浸泡在50℃的热水浴中能防止SO3液化或凝固；
（2）FeSO4分解的气体产物可能为SO3，也可能为SO3和SO2的混合物，SO3遇到钡离子生成白色沉淀，SO2能使高锰酸钾或溴水褪色。
Ⅱ.
（1）该溶液为酸性，精确度为0.01的仪器为酸式滴定管，所以选25mL酸式滴定管；
（2）从溶液中得到氢氧化铁沉淀，要过滤、洗涤；从氢氧化铁到氧化铁，要灼烧；
（3）Fe2O3中铁的质量为：
×3.2g＝2.24g，据铁原子守恒，则32.0g样品中铁元素的质量分数为：
×
×100%＝70%。
答案：
Ⅰ.
（1）防止溶液倒吸入装置Ⅰ中（或安全瓶） 防止SO3液化或凝固
（2）0.5mol·L－1BaCl2 0.01mol·L－1酸性KMnO4溶液（或0.01mol·L－1溴水） 若溶液紫色（或橙色）褪去，证明气体产物中含有SO2，若溶液紫色（或橙色）无明显变化，证明气体产物中不含SO2
Ⅱ.
（1）A
（2）过滤 洗涤 灼烧 （3）70%
5天津2015.（18分）
（1）作氧化剂过滤
（2）
分液漏斗ab
（3）RH分液漏斗尖端末紧靠烧杯内壁液体过多
（4）
加热浓缩、冷却结晶、过滤
（5）
防止由于溶液中
6.答案：
（1）增大接触面积从而使反应速率加快 a、c
（2）Fe3＋ Mg（OH）2、Ca（OH）2 H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品产量减少
（3）上方
偏大
7.答案：
（1）1
（2）＜ （3）减小 （4）稀硫酸 晾干（或干燥）
（5）①H3AsO4是弱酸，当溶液中pH调节到8左右，c（AsO
）增大，Ca3（AsO4）2开始沉淀 ②2.5×10－3 ③SO2
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